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大证据到底有多大?

有消息称,最近布尔勾股定理的一个证明是“有史以来最大的证明”,我们收集并整理了一些最大、最坏、最可靠的怪兽数学块。

Russell&Whitehead的360页证明1+1=2

《数学原理》于1910年、1912年和1913年分三卷出版,是数学家和哲学家伯特兰·罗素在阿尔弗雷德·诺思·怀特黑德的帮助下创作的一部重要著作。这本书包含了一个证据,从非常基本的公理开始,即1+1=2–它接管了360页! 这看起来可能有点过分,但它们只基于最基本的假设,必须首先定义“1”、“2”、“+”和“等于”的含义。这一切都是在形式逻辑中完成的,并且肯定是相对于它所证明的语句的长度和复杂性而言最长的证明之一。

部分证明,来自《数学原理》

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四色定理的证明

四色定理是最早的证明之一,它需要很多复杂的例子来检验作者是否求助于计算机。四色定理简单地说,在一张平面纸上绘制的任何图表(或等价的任何图形)最多可以用四种颜色着色,因此任何相邻的两个部分都是不同的颜色。最初的问题是在1852年提出的,虽然声称的证据是在19世纪80年代发表的,但后来发现它们是不正确的。

Appel和Haken在1977年给出的第一个真正的证明大致包括找到一组1936个最小可约结构,任何可能不是四色的图/图都可以从中组成,然后用计算机检查每个结构。逐一检查地图1000个计算机小时,并附上了一份经过手工检查的证明400页缩微胶片.

1996年提出了一个简短的证明,仅涉及633个可简化结构,该证明于2005年使用COQ公司电脑校对助理,这意味着它不太依赖电脑检查的案例。

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有限单群的分类

“巨大定理”总是作为有限简单群分类的另一个名称,但当然,在他们的工作中,没有人真正这样称呼它。

有限简单群的分类-也称为“CFSG”或简单巨大定理-与这里列出的其他大量证据有点不同。这不是一个人或一个团队的单独工作,而是几十位数学家通过二十世纪八十年代和九十年代的共同努力,是在单独的文章中发表的结果的拼凑,这些结果共同构成了整体定理。

A类粗略地说,是一些具体或抽象对象的联锁对称集,而简单的对称集不是由两个较小的对称组组合在一起而成的。CFSG指出,任何有限简单群都必须是一组精确定义的无限群族之一的成员,或者是26个特定异常值之一:零星简单群。

维基百科认为,有助于证明的论文的总长度约为10000页由丹尼尔·戈伦斯坦(Daniel Gorenstein)领导的综合“第二代”证明的工作正在进行中,预计将产生一份只有5000页的11卷证明。为了公平起见,应该指出的是,这些页数是针对完整的文章/书籍,包括所有的说明和赤裸裸的校样。

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开普勒猜想/FLYSPECK

开普勒猜想最初由约翰内斯·开普勒于17世纪提出,它与三维空间中球体的密度有关。开普勒推测,“立方体紧密堆积”(将一个六边形的球体网格放在一个平面上,然后在顶部堆叠另一个,但要偏移,使球体位于间隙上方)是在3D空间中堆积球体的最有效方法,也是其间空间最少的方法。

尽管人们长期以来一直怀疑这是真的,但直到1998年托马斯·黑尔斯(Thomas Hales)才正式证明了这一点。Hales的证据300页笔记3 GB的计算机程序、数据和结果。这是一个“精疲力竭的证明”,涉及检查许多个案。裁判表示,他们“99%确信”证据是正确的,因此这是最有效的3D包装。

但对托马斯·黑尔斯来说,这还不够——正如我们在这里介绍的那样FLYSPECK项目(因其是开普勒猜想的正式证明而得名,“FLYSPECK”是一个按该顺序包含所有这些字母的单词,但它不如“flapjack”一词好)是一个进一步的项目,用于正式化和检查之前的证明。它从2003年开始一直到2014年9月才完成,并使用了证明助手伊莎贝尔HOL灯.

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Erdős差异问题

另一个最近因大量证据而成为头条新闻的数学问题是Erdős Discrepancy问题——早在2014年2月,利物浦大学的Boris Konev和Alexei Lisitsa使用SAT解算器进行的一次证明就登上了头条新闻,因为它的大小“与维基百科相当”(约13 GB)。

问题是,是否有可能产生一个由+1s和-1s组成的无限序列,以及一个“目标”数,这样你就永远无法通过将序列中按规则间距的项相加而越过目标。(低于减去目标数字也很重要,以防你认为你用你聪明的-1序列战胜了证据。)詹姆斯·格里姆在一段视频中用蛇和悬崖解释了这个问题证据表明,事实上,你不可能总是按照要求的顺序进行。

幸运的是,泰伦斯·陶(Terence Tao)于2015年9月获救,并与Polymath项目合作开发了一个较小的手工证据。

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布尔勾股三元组定理

布尔毕达哥拉斯三元组定理声称是“有史以来最大的证明”,它涉及到是否可以将所有数字分成两组的问题,而这两组数字都不包含完整的毕达哥尔斯三元组。例如,3、4和5组成了一个三元组,要找到一个有效的分割,它们不一定都在同一个半部,但5也不可能与12和13在同一半部,以此类推。

它是伊芙琳·兰姆(Evelyn Lamb)在《自然》(Nature)上的帖子中解释得更好,但一组研究人员已经表明,不仅不可能做到这一点,甚至不可能以这种方式将数字1到8000分开而不陷入困境。这听起来可能不像我们现在需要的突破性数学知识,但它与拉姆齐理论和其他组合问题息息相关。证明一台运行800个并行处理器的计算机需要2天时间,并生成200 TB的数据.

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